飛天科學家是怎樣煉成的？專家詳解“三關”考驗

神舟二十一號航天員乘組由張陸（中）、武飛（右）、張洪章（左）組成，張陸擔任指令長，3名航天員分別為航天駕駛員、飛行工程師和載荷專家（圖片來源：中國載人航天工程網）

2025年10月31日，神舟二十一號航天員乘組發射升空。在該乘組的三名航天員中，戴金邊眼鏡的張洪章博士引起了不少關注。他是繼神舟十六號航天員桂海潮之后，我國第二位進入太空的載荷專家。

公開資料顯示，張洪章是1986年出生的科研新銳，現在是中國科學院大連化學物理研究所研究員、博導，2020年9月作為載荷專家入選為中國第三批航天員。

我國從第三批航天員選拔開始，對航天員進行了專業分類選拔，即除了繼續選拔航天駕駛員外，還選拔了航天飛行工程師和載荷專家。其中載荷專家屬于非職業航天員,通常是在從事空間科學研究及應用相關領域的科學家中選拔，由專業的人干專業的事，可以早出成果，多出成果。

這類航天員攜帶特定儀器設備，在載人航天器上從事特定的科學實驗、搜集特定的研究數據等，并負責對自帶科學設備的管理、維護、維修，實驗設備操作，實驗條件控制，數據采集、整理和分析，還可與地面載荷指控中心直接通信。載荷專家一般在太空完成自己熟悉的科研任務后就回到原單位繼續工作了。

2025年08月28日神舟二十一號航天員張洪章進行植物培養訓練 攝影：徐部

1 能上天的科學家的身份通常是載荷專家：

科學家一般是作為載荷專家上天工作。這類航天員具備特定專業領域背景、通過2.5年左右的航天訓練，專門在太空完成地面上難以進行但又很重要的科學實驗與技術試驗任務，換句話說就是并非所有領域科學家都能滿足上天的條件。

載荷專家需要在某個科學領域有突出研究成果。例如，神舟二十一號乘組的載荷專家張洪章是高比能量電池技術研究學者，他自己設計的電源領域實驗項目將在神舟二十一號任務中搭載上行，旨在解決航天電源的關鍵技術問題。這一研究與他的專業背景緊密相關，也是航天領域的重要方向之一。另外，他還從事嚙齒類哺乳動物空間科學實驗等其他科學實驗。

2025年07月23日 神舟二十一號航天員張洪章(左)、武飛（中）、張陸進行設備維修訓練 攝影：徐部

由于載荷專家的主要任務是利用太空微重力、強輻射等獨特環境，完成某項復雜、重要、在地面難以進行的前沿科學研究。所以載荷專家的選拔通常與具體航天任務掛鉤，例如，執行空間生命科學實驗的任務，會優先選拔生物學、醫學領域科學家；執行空間天文觀測任務，則側重天文學、物理學領域專家。

因此，作為載荷專家的科學家要求他們既要具備深厚的專業科研能力，能獨立操作實驗設備、處理太空實驗數據，也要必須通過航天基礎訓練，具備適應太空環境（如失重、超重）和應對應急情況的能力。

2 能上天科學家需滿足三個條件

一是能完成只有依賴太空獨特環境才能推進的某項復雜、重要的科學研究。

例如：在太空開展基礎物理實驗（如驗證廣義相對論、研究暗物質），對應領域為天文學、天體物理、粒子物理；利用太空微重力環境，制備地面難以合成的高性能材料（如半導體材料、合金材料），研究材料凝固、結晶的微觀過程，對應領域為材料科學、冶金工程、化學工程；研究微重力對細胞生長、基因表達的影響，探索長期太空飛行對人體生理機能的改變，對應領域為細胞生物學、生理學、醫學等。

神舟二十一號航天員水下訓練畫面（圖片來源：央視新聞截圖）

二是身體要達到“航天”標準。因為太空環境對人體的挑戰遠超地面，即使是側重科研的載荷專家，也需具備較強的身體耐受能力。

例如：要求身體能承受發射階段3～4倍自身重量和返回階段2～3 倍自身重量產生的影響；呼吸系統需適應密閉座艙環境，對低壓、低氧環境有良好耐受性。需通過“前庭功能測試”（用轉椅、秋千等測試），避免在失重環境中出現嚴重的空間運動病（類似地面暈車、暈船）。沒有齲齒、慢性鼻炎、眼底病變等疾病。符合年齡、身高等基本要求。

2025年08月28日神舟二十一號航天員乘組武飛（左）、張陸（中）、張洪章進行植物培養訓練 攝影：徐部

在身體條件、航天環境的耐受性和適應性以及心理素質方面，對航天駕駛員的身體要求最高，對航天飛行工程師的身體要求次之，對載荷專家的身體要求相對最低。對預備航天員的臨床醫學選拔分為三級，航天駕駛員要符合Ⅰ級；航天飛行工程師要符合Ⅱ級；載荷專家要符合Ⅲ級。但對航天飛行工程師和載荷專家的知識結構、科研素質、實驗能要求更高。

在年齡限制方面，載荷專家年齡上限放寬至45歲（我國第四批選拔明確為 30～45歲），而航天駕駛員仍維持35歲左右的傳統限制。這種分層標準既保證了關鍵崗位的高可靠性，又為專業人才提供了進入太空的機會。載荷專家的醫學檢查重點在于確保能適應微重力環境，而非高強度飛行能力。

航天員訓練使用的飛船模擬器（作者供圖）

三是通過了預備航天員的選拔后，還要能通過2.5年左右的訓練期航天員選拔和半年到1年飛行乘組選拔，才能上天執行任務。科學家成為預備航天員后并不能保證可以上天執行任務，因為受檢查條件的限制，有些疾病或思想、身體、心理、訓練成績等方面的問題只有在有一定生理和心理負荷的訓練過程中才能暴露出來。例如，利用航天環境適應性訓練，可以進一步了解預備航天員在這些條件下的耐受性。

訓練期航天員選拔期間，載荷專家要學習航天器結構、太空環境知識，掌握應急救生技能，通過離心機模擬超重、水下模擬失重，適應太空特殊體感；還要進行專項任務訓練，包括反復演練實驗操作流程，熟悉太空實驗設備的使用邏輯，甚至需模擬“太空故障”，訓練應急處理能力（如設備斷電、數據傳輸中斷）；也要進行心理適應訓練、野外生存訓練等。只有在訓練全過程中考評合格的才能成為正式的航天員。

2025年8月18日，神舟二十一乘組在進行飛船程序訓練（圖片來源：新華社/孔方舟攝）

航天駕駛員和航天飛行工程師的訓練科目、內容和要求基本相同；載荷專家的訓練科目、內容和學時較少。三類航天員在體質訓練、航天環境適應性訓練、心理訓練、救生與生存訓練方面要求相同，但在基礎理論培訓、航天專業技術訓練、飛行程序與模擬訓練方面要求有所不同。在航天員入選飛行乘組后，同一乘組中不同類型航天員的訓練內容和要求是相同的。

在專業訓練方面，航天駕駛員側重飛行程序與應急處置，航天飛行工程師強化設備維修與系統管理，載荷專家專注實驗操作與數據處理。

2025年06月09日 神舟二十一號航天員武飛、張洪章在核心艙模擬器訓練 攝影：徐部

科學家通過了訓練期選拔后仍不是萬事大吉，還要通過飛行乘組的選拔才能飛天。飛行乘組的選拔是為某次航天飛行任務，從合格的預備航天員中選拔出最佳飛行乘員組。該選拔貫穿于某次飛行任務訓練的全過程，直至發射當天才結束，它不光評價每個航天員，還評價乘組整體效能。已上過天的航天員如要再次上天，需重新參加飛行乘組的選拔。

能上天的科學家，本質是“科研能力 + 航天適配能力”的復合型人才，他們能利用太空環境解決地面科研難題；身體條件可耐受太空極端環境，具備長期在軌的生理與心理基礎；經過系統訓練，能將專業知識轉化為太空實驗的實際操作能力，甚至應對突發情況。

最后，預祝神舟二十一號乘組順利完成半年左右的航天飛行任務。

作者：龐之浩 全國空間探測技術首席科學傳播專家

本文在科普新媒體平臺“蝌蚪五線譜”刊發，經授權發布